專業(yè)導論01計算機科學技術與信息化社會2012

1、專業(yè)導論計算機科學與技術吳偉民wuwm@gdut.edu.cn,《專業(yè)導論——計算機科學與技術》,計算機專業(yè)的學科引導課程，目的：對專業(yè)具有概要了解和認識，建立計算機專業(yè)知識體系的基本框架。在入門階段就對計算機專業(yè)有清晰、明確的認識，了解本專業(yè)學生應具備的知識結構、能力與素質要求，初步了解主要專業(yè)課程的基本內容，為深入學習奠定基礎。在今后學習過程中不再感到困惑和茫然，激發(fā)和增強專業(yè)學習的興趣和積極性，幫助并引導用正確的方式

2、方法學習專業(yè)知識。,課程基本內容第1講 計算機科學技術與信息化社會第2講 計算機學科的定義與知識體系第3講 計算機學科核心概念第4講 計算機學科基本方法第5講 計算機軟件開發(fā)技術概述第6講 網絡與云計算概述第7講 信息對抗與安全概述第8講 計算機應用概述,《專業(yè)導論——計算機科學與技術》,教材、講義和學習資源,閱讀教材：陶樹平等《計算機科學技術導論》基礎、硬件、軟件、開發(fā)、網絡、媒體、數據、安全、應用、

3、等推薦教材：董勝榮《計算機科學導論——思想與方法》知識體系、核心課程、基本問題、學科形態(tài)、核心概念、數學方法、系統(tǒng)科學方法、社會與職業(yè)問題、等授課講義：PPT參考資料：《計算機技術發(fā)展史》 《圖靈獎大師及演講》等網上資源,考核方式 課程學習報告： 專業(yè)認識及四年學習規(guī)劃與思考成績等級——優(yōu)、良、中、及格、不及格,《專業(yè)導論——計算機科學與技術》,專業(yè)導論第 1 講 計算機科學技術與

4、信息化社會吳偉民wuwm@gdut.edu.cn,1. 計算機科學技術與信息化社會,內容提要：計算機的定義、分類、特點、用途、發(fā)展和遠景等基本概念 信息化社會的基本特征 Internet對信息化社會的影響 信息化社會對計算機人才及其知識結構的需求 計算機學科的研究范疇和知識體系 要求：通過本講學習，理解計算機的基本概念、信息化社會的特征以及信息化社會對計算機人才的需求，并初步了解計算機學科的研究范疇和知識體系，明確今后

5、學習的目標和內容,什么是計算機？,計算機：是一種能夠按照事先存儲的程序，自動、高速地對數據進行輸入、處理、輸出和存儲的系統(tǒng)計算機系統(tǒng)：硬件：包括運算器、存儲器、控制器、輸入設備和輸出設備等。 軟件：系統(tǒng)軟件、應用軟件、工具軟件,計算機的基本操作,計算機的基本操作：輸入：接受由輸入設備提供的數據處理：對各種類型的數據進行操作，并按指定的方式進行轉換輸出：將處理所產生的結果等數據由輸出設備進行輸出 存儲：計算機可以存儲程序和數

6、據 IPOS循環(huán): 即輸入(Input)、處理(Processing)、輸出(Output)和存儲(Storage),它反映了計算機進行數據處理的基本步驟,計算機的分類,按處理對象分類：數字計算機（Digital Computer）、模擬計算機（Analog Computer）、數字模擬混合計算機（Hybrid Computer） 按用途分類：通用計算機（General Purpose Computer）、專用計算機（Speci

7、al Purpose Computer） 按規(guī)模分類：巨型計算機（Super Computer）、大/中型計算機（Mainframe）、小型計算機（Mini Computer）、微型計算機（Micro Computer）、工作站（Workstation）、服務器（Server）、網絡計算機（Network Computer）,中國超級計算機,1983年，銀河-I 億1992年，銀河-II 十億

8、1997年，銀河-III， 百億2009年，天河一號， 千萬億2009年，曙光星云，1.27千萬億,,“天河一號”超級計算機 千萬億次/秒通過天河一號輔助設計飛機氣動外形通過天河一號用數值模擬方法預報臺風,美國、德國巨型計算機,德國于利希研究中心巨型計算機名為“Jugene”，可實現每秒1000萬億次運算，Jugene裝有29.5萬個處理器，運算能力相當于5萬個家用電腦，可廣泛應用于天氣預報、分子結構分

9、析、探索宇宙起源等課題。,美洲豹超級計算機具有224162個計算核心，配置AMD公司的最新6核伊斯坦布爾處理器，每個核心配備2GB內存。每個計算節(jié)點搭載兩個有12核心的皓龍?zhí)幚砥骱?6GB的共享內存。整個系統(tǒng)的內存容量達到300TB，硬盤空間高達10PB。,世界超級計算機排名第一,2010.11“天河一號”， 中國國防科技大學峰值速度4700萬億次持續(xù)速度2566萬億次每秒浮點運算目前，廣州投資24億元，研發(fā)“天河二號”2015

10、年再創(chuàng)世界第一速度將達10億億次我院是廣州超算應用聯盟的盟主獲得13個項目、數千萬經費希望關注、加入我們學科方向和科研團隊,計算機的特點,運算速度快運算精度高具有記憶能力具有邏輯判斷能力存儲程序,,,,高性能,網絡化,微細化,計算機的用途,科學計算：使用計算機完成科學研究和工程技術中數學問題的計算數據處理：使用計算機對數據進行輸入、分類、加工、整理、合并、統(tǒng)計、表、檢索以及存儲等實時控制：及時采集檢測數據、使用計算機

11、快速進行處理并自動地控制被控對象的動作，實現生產過程的自動化人工智能：由計算機來模擬或部分模擬人類的智能，包括：自然語言理解、專家系統(tǒng)、智能機器人、定理自動證明等,計算機的用途(續(xù)）,計算機輔助工程和輔助教育：計算機輔助設計（Computer Aided Design， CAD）、計算機輔助制造（Computer Aided Manufacturing， CAM）、計算機集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manuf

12、acturing System，CIMS）、計算機輔助教育（Computer Aided Instruction, CAI） 娛樂與游戲：計算機以圖像與聲音的集成形式提供最新的娛樂和游戲的方式,計算機的發(fā)展,第一代計算機（1946年～1957年）：邏輯器件使用電子管；用機器語言編程第二代計算機（1958年～1964年）：用晶體管代替了電子管；在軟件方面配置了子程序庫和批處理管理程序，并推出了FORTRAN、COBOL、ALGOL等高

13、級程序設計語言及相應的編譯程序第三代計算機（1965年～1971年）：用小、中規(guī)模集成電路代替晶體管等分立元件；在軟件，引入多道程序、并行處理、虛擬存儲系統(tǒng)以及功能完備的操作系統(tǒng)，提供面向用戶的應用程序第四代計算機（1972年～今）：使用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路。完善的系統(tǒng)軟件、豐富的系統(tǒng)開發(fā)工具和商品化的應用程序的大量涌現，以及通信技術和計算機網絡的飛速發(fā)展第五代計算機：目標是打破計算機現有的體系結構，使得計算機具有智能,計算機

14、科學技術的發(fā)展,計算機體系結構的發(fā)展計算機硬件發(fā)展迅速，但計算模型沒有質的飛躍，局限于圖靈機與馮·諾依曼機的模型。量子計算機、DNA計算機軟件開發(fā)方法的發(fā)展軟件開發(fā)方法逐漸與認知科學相結合，借鑒認知科學的基本概念和原理，并將其應用到軟件開發(fā)中來軟件體系結構、中間件、軟件設計模式、重構計算機應用的發(fā)展計算機應用層次綜合化、智能化、集成化、網絡化、廣泛化、個性化和家庭化Internet網的出現與計算機進入到人類生活

15、的各個方面,信息化社會的特征或要素,建立完善的信息基礎設施：包括傳輸網絡、信息存儲設備和信息處理設備等采用先進的信息技術：包括半導體和微電子技術、網絡化的計算機系統(tǒng)和并行處理技術、數字化通信技術、計算機網絡技術、海量信息存儲技術、高速信息傳輸技術、可視化技術、多媒體技術等建立廣泛的信息產業(yè)：包括計算機硬件制造業(yè)、計算機軟件業(yè)、信息服務業(yè)以及國民經濟中各行業(yè)的信息化擁有高素質的信息人才：包括研究型、設計型、應用型、開發(fā)型、維護型、服

16、務型、操作型的人才，并具有高度的創(chuàng)新性和良好的適應性良好的信息環(huán)境：包括保障信息化社會有序運作的各項政策、法律、法規(guī)和道德規(guī)范,Internet的發(fā)展,ARPA網：是美國國防部高級研究計劃局為進行國防研究項目而開發(fā)的一個試驗性廣域網，以它為主干網、以TCP/IP協(xié)議為核心形成Internet的雛形，并于80年代初成為一個實用性的網絡NSF網：是美國國家科學基金會資助下建立的一個廣域網，最初連接了美國的五個超級計算機中心，并與Inte

17、rnet互聯。80年代后期，逐步取代ARPA網演變成為Internet的主干網Internet的商業(yè)化運作：90年代初，IBM、MCI和MERIT等聯合組建了ANS（Advanced Networks and Services）公司，并建立ANS網，取代NSF網成為Internet的主干網Internet的完善：成為美國信息高速公路最重要的基礎設施，并擴展到全世界，大大促進了現代社會信息化、全球化的進程，對社會政治、經濟、生活帶來了

18、深刻的影響,Internet 的特點,系統(tǒng)的廣域性和開放性：是在全球范圍內開發(fā)分布的互聯網絡信息的共享性和時效性：信息可以為廣大用戶所共享，并可以長期儲存、長效發(fā)布、隨時更新入網方式的靈活性和多樣性：TCP/IP協(xié)議解決了不同網絡產品、不同硬件平臺、不同操作系統(tǒng)之間的兼容性問題，各類計算機都可以靈活地接入，并通過TCP/IP協(xié)議與Internet進行通信強大的服務功能：提供遠程登錄、電子郵件、信息瀏覽、文檔查詢、網絡新聞以及全球范

19、圍內的超媒體信息瀏覽服務等網絡安全的脆弱性和復雜性：信息流的多渠道交叉和路徑的不確定性、Internet的開放性、管理的松散性以及TCP/IP協(xié)議在安全方面的薄弱性，造成Internet 在安全上的脆弱性和復雜性,我國的互聯網絡工程,中國教育科研網（CERNET）：是國家教育委員會管理的覆蓋全國的學術性計算機網絡中國公用信息網（ChinaNET）：是國家郵電部經營和管理的全國性的公用信息網，是Internet我國的延伸中國科學技術

20、網（CSTNET）：是以中國科學院的NCF網和CCASNET網為基礎，連接了中國科學院以外的一些科研單位而構成的全國性計算機網絡中國金橋信息網（China GBN）：是我國經濟信息化的基礎設施之一,“金字工程”,“金橋工程”：是在國務院直接倡導下實施的國家公用經濟信息網工程，是我國經濟信息化的基礎設施之一“金關工程”：目標是將海關、外貿、外匯管理以及稅務等部門和企業(yè)的業(yè)務處理系統(tǒng)聯網，提高外貿、海關等部門的現代化管理水平“金卡工程

21、”：目標是建立一個安全可靠的通信網絡和良好的電子貨幣服務體系，加快我國金融電子化和商業(yè)電子化的進程其他“金字”工程：如“金稅工程”、“金企工程”等,“三網合一”,“三網合一”：互聯網、電信網與有線電視網的三網融合傳統(tǒng)的電信網、有線電視網、互聯網以三大業(yè)務分割為三大行業(yè)，且各有其優(yōu)勢未來的信息網則將是“三網合一”的產物，以三大業(yè)務分割為三大行業(yè)的現狀將不復存在。它將具有傳統(tǒng)電信網和計算機數據通信網的功能，同時又是一個寬帶交互式新媒體

22、信息技術的發(fā)展為“三網合一”的實現提供了技術保證,多網融合——虛擬化、云計算、物聯網,,云,多網融合——虛擬化、云計算、物聯網,云計算體系架構層次圖,云計算——應用即服務,服務器虛擬化架構,多網融合——虛擬化、云計算、物聯網,機機交互 ● 人機交互 ● 腦機交互,腦-機接口(Brain-computer interface, BCI)是指基于腦電信號實現人腦與計算機或其他電子設備的通訊和控制。腦機交互（ Brain-computer

23、 interaction, BCI）即支持人腦和計算機的直接交互，實現在計算機和人腦之間直接接收和發(fā)送信號，改變現有人機交互方式。腦-(機)-腦交互（思維交互）。協(xié)同思維。,用腦波開啟銀行卡密碼意念移物、意念交互 等,可視計算 ● 虛擬現實,可視計算&可視化（ Visual Computing & Visualization）是利用計算機圖形學和圖像處理技術，將數據轉換成圖形或圖像在屏幕上顯示出來，并進行交互處理的

24、理論、方法和技術。抽象→具象程序運行可視化盲人可視、超距可視、虛擬可視思維可視化；動畫、視頻自動生成虛擬環(huán)境（Virtual Environments）由計算機軟件、硬件和人組成的一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)可讓人在計算機模擬產生的一個虛擬三維空間中，可以自由地行走探索，并可多感知地與他人或其他虛擬物體進行交互。,信息化社會對計算機人才的需求,高素質的信息人才是實現信息化社會的保證和原動力信息化社會所需要的計算機人才：多方位多層次

25、具有較高的綜合素質和創(chuàng)新能力對于新技術的發(fā)展具有良好的適應性團隊協(xié)同能力,我國的計算機學科人才培養(yǎng),計算機技術是信息化的核心技術 信息化建設需要大量人才計算機專業(yè)是規(guī)模最大的專業(yè) 專業(yè)點最多：2005年771個（專升本）學生數最多：2005年44萬（675人/點）計算機專業(yè)是情況最復雜的專業(yè) 學科涵蓋面/應用面寬、應用層次跨度大辦學條件差異大、條件偏下的較多學生跨度最大,影響計算機學科教育的因素和培養(yǎng)計劃,計算機科學

26、技術的進步計算機教育環(huán)境和手段的變化美國IEEE計算機分會和ACM制訂的計算科學本科教育的教學計劃和課程指導CC2005中國計算機科學與技術學科教程2002（簡稱CCC2002）,20年前：計算機畢業(yè)生知道這些差不多了,從10年前開始：似乎還需要知道這些,學科內涵變化很快、變化很大,計算機學科在中國,本講小結,本講在介紹計算機的定義、分類、特點、用途和發(fā)展等基本概念的基礎上，分析了信息化社會的特征、Internet對信息化社會的影